(57)【要約】      （修正有）【課題】  精度よく且つ簡易に目標とする後方張力を得て、管の縮径に伴う管肉厚の増加の抑制を図った管の縮径方法を提供する。【解決手段】  管に引抜力を加えてダイスを通過させることにより管の外径を減少させる管の縮径方法において、前記ダイスの上流側にて前記管の外周面に転接するように設けられたロール又はキャタピラからなる回転体の管表面と接する部位における移動速度が、前記ダイス上流側での管引抜速度と一定の速度差を保つように前記回転体を回転駆動することにより、前記管に引抜力に対して逆向きの張力を付与して管を引抜く。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
管に引抜力を加えてダイスを通過させることにより管の外径を減少させる管の縮径方法において、前記ダイスの上流側にて前記管の外周面に転接するように設けられたロール又はキャタピラからなる回転体の管表面と接する部位における移動速度が、前記ダイス上流側での管引抜速度と一定の速度差を保つように前記回転体を回転駆動することにより、前記管に引抜力に対して逆向きの張力を付与して管を引抜くことを特徴とする管の縮径方法。
【請求項２】
請求項１記載の管の縮径方法において、回転体が、式：Ｔ＝Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）を満たす移動速度Ｖｒで回転駆動される管の縮径方法。
ただし、Ｔ：目標とする逆向きの張力
Ｃ：回転体と管の接触面積や接触する部分の回転体の材質、回転体の押し付け圧力などの装置仕様により決定される定数
Ｖｍ：回転体下流におけるダイス上流側での管移動速度
Ｖｒ：回転体の管表面と接する部位における移動速度
【請求項３】
請求項１記載の管の縮径方法において、回転体が、式：Ｔ＞Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）かつＶｍ＞Ｖｒを満たす移動速度Ｖｒで回転駆動されて管の縮径を開始した後、その移動速度Ｖｒを連続的又は段階的に小さくして、式Ｔ＝Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）を満たす移動速度Ｖｒで回転駆動される管の縮径方法。
【請求項４】
管に引抜力を加えてダイスを通過させながら、前記ダイスの上流側にて前記管の外周面に転接するように設けられたロール又はキャタピラからなる回転体が回転駆動することにより前記管に前記引抜力に対して逆向きの張力を付与することにより前記管の外径を減少させる管の縮径方法において、管に引抜力に対して逆向きに付与される張力を測定する張力測定手段と、回転体を回転駆動するモータが、回転体に付与する回転駆動力を一定に制御する制御手段とを設け、前記回転体が、式：Ｔ≧Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）かつＶｍ＞Ｖｒを満たす移動速度Ｖｒで回転駆動されて管の縮径を開始した後に、管に逆向きに付与される張力を前記張力測定手段で測定し、その測定結果に基づいて前記制御手段によりモータが回転体に付与する回転駆動力を一定に制御して回転体を回転駆動する管の縮径方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管の縮径に伴う管肉厚の増加の抑制を図った管の縮径方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明者等は、転造加工後のシームレス内面溝付管を縮径加工する際に起こる管肉厚の増加を抑制すべく調査研究を行うことで、管の縮径に伴う管肉厚の増加の抑制を図った管の縮径方法を開発し、それを特開２００２−２９２４１９号公報（特許文献１）に提案した。そして、更なる調査研究の結果、本発明をなしたもので、その発明に到った経緯について特許文献１の図７を引用した図２及び従来技術等の説明を引用して以下に説明する。
【０００３】
内面溝付管は、家庭用及び業務用エアコンディショナ等に組み込まれる空冷式熱交換器用伝熱管として使用されている。
【０００４】
シームレス内面溝付管の製造方法を以下に説明する。図２は、従来のシームレス内面溝付伝熱管の製造装置の構成を示す断面図である。図２に示すように、被加工材である金属又は合金からなる素管１の内部に、ストレートプラグ２が挿入されている。ストレートプラグ２は略円柱形の形状を有し、管供給側（上流側）の外径が素管１の内径よりやや小さく、管引抜き側（下流側）の外径は管供給側の外径よりも小さくなっている。ストレートプラグ２の外面は平滑である。ストレートプラグ２と整合する位置における素管１の外側には、ストレートプラグ２と共に素管１を縮径加工するストレートダイス３が配置されている。また、ストレートプラグ２にはその中心軸を含むように穴が形成されており、この穴に連結軸４の一端が嵌合されている。この連結軸４の他端は溝付プラグ５の中心軸を含むように形成された穴に回転可能に連結している。即ち、この連結軸４により溝付プラグ５はストレートプラグ２に回転可能に連結されている。溝付プラグ５の外周面には、素管１の内周面に形成すべき形状の構が加工されている。
【０００５】
そして、この構付プラグ５に整合する位置の素管１の外側には、複数個の転造ボール６が素管１の管軸を中心として管周方向に公転回転可能に配設されている。また、各転造ボール６は自転することができ、各転造ボール６は素管１の外面に転接しながら遊星回転することができる。溝付プラグ５及び転造ボール６は転造部７を構成する。また、転造部７の管引抜き側（下流側）には、ダイス８が設けられている。ダイス８は内面に溝が形成された素管１を所定の寸法まで縮径加工するものである。また、ダイス８の下流側には、シームレス内面溝付管９に対して引抜き力を付与する引抜き装置（図示せず）が設けられている。
【０００６】
この従来の製造装置を使用してシームレス内面溝付伝熱管を製造する方法について説明する。素管１を管供給側（上流側）からストレートダイス３に供給し、素管１をストレートプラグ２及びストレートダイス３により縮径加工する。次に、この縮径加工された素管１を、素管１の外側を遊星回転する転造ボール６を押圧することによって縮径すると共に、溝付プラグ５に押圧する。これにより、素管１の内面に満付プラグ５の外周面の構が転写される。このとき、溝付プラグ５は、素管１の内面に自らが形成した溝に沿って自転する。
【０００７】
また、このとき、溝付プラグ５は連結軸４を介してストレートプラグ２に連結されており、ストレートプラグ２は素管１の引抜きによる摩擦力及びストレートダイス３からの抗力により、ストレートダイス３と整合する位置に静止しているため、溝付プラグ５も転造ボール６と整合する位置に停止している。次に、転造部７を通過した内面に溝が形成された素管１は、ダイス８内に挿入され、縮径される。このようにして、シームレス内面溝付管９が製造される。シームレス内面溝付管９は、その内面にリード角が１方向である螺旋溝が形成されている。
【０００８】
ところで、近年、エアコンディショナの高性能化に伴い、伝熱管における伝熱性能の向上が要求されている。また、エアコンディショナのコストダウンを図るために、材料費を抑えることが求められ、伝熱管の軽量化が要求されている。前者の伝熱管の伝熱性能の向上には、溝形状の高リード化及びハイフィン化の他に、伝熱管の細径化が有効である。また、後者の伝熱管の軽量化には、伝熱管の細径化及び底肉厚の薄肉化が有効である。
【０００９】
シームレス内面溝付管を細径化する方法には、転造後の管をオンラインで縮径するためのダイスの内径を小さくする方法、転造後の管をオフラインで空引き抽伸する方法、及び予め外径が小さい素管を製造しこの素管を転造して構を形成する方法がある。
【００１０】
しかしながら、上述の従来の技術（シームレス内面溝付管の製造技術）には以下に示す問題点がある。転造後の管をオンラインで縮径するためのダイスの内径を小さくすることによりシームレス内面溝付管を細径化する方法においては、ダイス８による縮径に伴って管の肉厚が増大するため、管を細径化できても、管を軽量化することができない。このことを改善するため、縮径に伴う管の肉厚増大分を転造工程において無理に薄くしようとすると、転造時に管の破断が生じやすくなる。また、例え転造ができたとしても偏平等の不具合が生じやすくなる。
【００１１】
また、転造後の管をオフラインで空引き抽伸を行う方法においても、空引きダイスによる縮径に伴って管の肉厚が増大するという問題点がある。また、このことを改善するため、転造工程において管の肉厚を無理に薄くしようとすると、転造時に管の破断及び偏平等の不具合が生じやすくなる。
【００１２】
更に、予め外径が小さい素管を製造することによりシームレス内面溝付管を細径化する方法は、溝付プラグ、ストレートプラグ及び連結軸等の管内に挿入する工具並びに転造ボールを保持する保持器及び加工リング等の管外にセットされる工具を一式新しく揃える必要がある。しかも、これらの工具は従来よりも小さくする必要があるため、工具を精密に加工するための加工コストがかかり、設備コストが増加する。また、溝付プラグの外径を小さくすることにより溝付プラグの強度が低下し、転造加工中に溝付プラグが欠損しやすくなる。溝付プラグの欠損が発生すると、転造中の素管を廃棄することになり、伝熱管の歩留まりが低下すると共に、溝付プラグの交換により生産性が低下する。
【００１３】
そこで、本発明者等は、上述の如き問題点に鑑み、先に、管の肉厚の増加を抑制し、大きな縮径率で、且つ低コストに管を縮径し得る管の縮径方法及び管の縮径装置を開発し、それを特許文献１に提案した。
【００１４】
この特許文献１に提案の管の縮径方法は、管に抽伸引抜力を加えてダイスを通過させることにより前記管の外径を減少させる管の縮径方法において、前記ダイスよりも上流側において、前記管に前記抽伸引抜力に対して逆向きの張力を付与し、この逆向きの張力の大きさは、前記抽伸引抜力の大きさの１０乃至７０％であることを特徴とするものである。
【００１５】
上記管の縮径方法においては、管の進行方向に対して逆向きの張力をこの管に加えることにより、縮径時に管に働く管軸方向の応力が増加し、管の肉厚の増加を抑制することができる。なお、上記管の縮径方法において、上流側とは管が供給される側をいう。また、管は内面が平滑なベア管であってもよく、内面溝付管であってもよい。内面溝付管はシームレス内面溝付管であってもよく、溶接内面溝付管であってもよい。
【００１６】
また、特許文献１に提案の管の縮径装置は、管に抽伸引抜力を付与する引き抜き手段と、前記管を通過させて前記管の外径を減少させるダイスと、前記ダイスの上流側に設けられ前記管に前記抽伸引抜力に対して逆向きの張力を付与する張力付与手段と、を有することを特徴とするものである。以下、管に付与する前記抽伸引抜力に対して逆向きの張力を、単に後方張力という。
【００１７】
そして、上記管の縮径装置においては、張力付与手段として、ダイスの上流側にて管の外周面に転接する回転可能のロール又はキャタピラからなる回転体が使用でき、この回転体の使用により、管の外周面に傷を付けることなく、後方張力付与することができる。更にまた、この回転体に、回転抵抗力を付与するパウダーブレーキ又は管の移動を妨げる方向の回転駆動力を付与するモータを設けることができる。
【００１８】
図３は、特許文献１に提案の、回転体（キャタピラ）をモータにより駆動する形態の管の縮径装置を組み込んだシームレス内面溝付管の製造装置の断面図である。この図３を引用して特許文献１に提案の管の縮径方法及び縮径装置を以下に説明する。なお、この図３に示すシームレス内面溝付管の製造装置の構成要素のうち、上述の図２に示すシームレス内面溝付管の製造装置の構成要素と同一のものには同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００１９】
管の縮径装置を組み込んだシームレス内面溝付管の製造装置においては、図３に示すように、転造ボール６とダイス８との間に、素管１を上下から挟むように１対のキャタピラ２０が設けられ、素管１の上面及び下面に転接している。また、キャタピラ２０にはモータ等の回転駆動機構２１が連結されている。キャタピラ２０、モータ２１、ダイス８及び素管１の引き抜き装置（図示せず）により、管の縮径装置が構成されている。
【００２０】
上記シームレス内面溝付管の製造装置においては、回転駆動機構２１を駆動させることにより、キャタピラ２０に素管１の移動を妨げる方向に回転駆動力を与えることができる。キャタピラ２０は素管１に転接しており、キャタピラ２０は素管１の引抜き方向への移動に伴って回転するが、キャタピラ２０には前記回転駆動力が与えられているため、キャタピラ２０は素管１に対して後方張力を付与することができる。この後方張力を制御することにより、図４に示すように底肉厚を抑制して管を縮径することが可能となる。
【００２１】
しかし、上述の管の縮径方法により、目標となる縮径後管底肉厚に応じ、一定の肉厚を持つ管材を製造するには、適正な後方張力が得られるように回転駆動機構２１を制御することが必要となる。
【００２２】
一方、特開平１１−７１１号公報（特許文献２）には、引抜きダイスとフローティングプラグとの隙間を通して金属管を引抜いた後、連結棒を介して上記フローティングプラグと接続され外周面に溝が形成された溝付プラグを上記金属管内に通すと共に押圧手段でその金属管を溝付プラグ上に圧迫しながら引抜いて金属管内面に溝を形成する内面溝付管の製造方法において、上記引抜きダイスを通した金属管を補助引抜き装置で引っ張りながら引抜くことを特徴とする内面溝付管の製造方法が提案されている。そして、補助引抜き装置として、１対の溝付ベルトの溝で金属管を挟み、それらのベルトを移動して金属管を引っ張る内面溝付管の製造方法が、同公報の図１、２に示されている。
【００２３】
また、同公報の図７には、上記構成の装置を用いて金属管の引抜き速度と引抜き力との関係についての実験結果が示されている。
【００２４】
この金属管の引抜き速度と引抜き力との関係を求める実験は、金属管を、引抜きダイス、金属管の移動速度計測部、及び補助引抜き装置を通して引抜き、この引抜き時の金属管を引抜く力Ｆｚ、引抜きダイスにかかる荷重Ｆｂをロードセルにて測定し、また、金属管が計測部より引抜きダイスを通過後の金属管の移動速度Ｖｃ、補助引抜き装置のベルトの移動速度Ｖｂを測定して行われ、図７にはその結果として、速度比Ｖｂ／Ｖｃに対する荷重比Ｆｚ／Ｆｂの変化を表す図として示されている。
【００２５】
しかしながら、本発明者らの図３に示すシームレス内面溝付管の製造装置を用いた実験によれば、管の引抜速度やダイス８による縮径率の変更により管の移動速度が変化した場合、速度比と張力の関係は一意に決まらないことが確認された。このため、速度比は、汎用的な張力制御のパラメータとして不適切であり、目標となる縮径後管底肉厚に応じ、一定の肉厚を持つ管材を製造するための張力制御のパラメータとなり得ない。
【特許文献１】特開２００２−２９２４１９号公報
【特許文献２】特開平１１−７１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２６】
本発明は、上述の如き事情を基に、ロール又はキャタピラからなる回転体を用いた管の縮径方法を対象とした、更なる調査研究を行った結果なしたものであって、その目的は、精度よく且つ簡易に目標とする後方張力を得て、管の縮径に伴う管肉厚の増加の抑制を図った管の縮径方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記の目的を達成するために、本発明（請求項１）に係る管の縮径方法は、管に引抜力を加えてダイスを通過させることにより管の外径を減少させる管の縮径方法において、前記ダイスの上流側にて前記管の外周面に転接するように設けられたロール又はキャタピラからなる回転体の管表面と接する部位における移動速度が、前記ダイス上流側での管引抜速度と一定の速度差を保つように前記回転体を回転駆動することにより、前記管に引抜力に対して逆向きの張力を付与して管を引抜くものである。
【００２８】
上記構成では、管に付与される後方張力の値は、回転体の管表面と接する部位における移動速度とダイス上流側での管の引抜速度の差（速度比ではなく速度差）によりほぼ線形に決定されるので、一定の速度差に保つことができ、これにより、張力測定機構や測定結果に基づいてモータが回転体に付与する回転駆動力を一定に制御する制御手段なしに、簡易に所定の後方張力を付与することが可能となり、精度よく且つ簡易に目標とする後方張力を得て、管の縮径に伴う管肉厚の増加を抑制して管の縮径を行うことができる。
【００２９】
本発明（請求項２）に係る管の縮径方法は、上記請求項１記載の管の縮径方法において、回転体が、式：Ｔ＝Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）を満たす移動速度Ｖｒで回転駆動されるものである。
ただし、Ｔ：目標とする逆向きの張力
Ｃ：回転体と管の接触面積や接触する部分の回転体の材質、回転体の押し付け圧力などの装置仕様により決定される定数
Ｖｍ：回転体下流におけるダイス上流側での管移動速度
Ｖｒ：回転体の管表面と接する部位における移動速度
【００３０】
本発明（請求項３）に係る管の縮径方法は、上記請求項１記載の管の縮径方法において、回転体が、式：Ｔ＞Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）かつＶｍ＞Ｖｒを満たす移動速度Ｖｒで回転駆動されて管の縮径を開始した後、その移動速度Ｖｒを連続的又は段階的に小さくして、式Ｔ＝Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）を満たす移動速度Ｖｒで回転駆動されるものである。このように移動速度Ｖｒを、Ｔ＞Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）となるように設定すれば、目標張力よりも低い状態から引抜を開始できる。また、Ｖｍ＞Ｖｒを満たしていれば、回転駆動部が管を送り出す速度が速すぎて管が蛇行することも、折れ曲がりによる破断を生じることも無い。反対に、Ｖｒ＝０．０から引抜を開始した場合や、Ｖｍ＜Ｖｒとして引抜を開始した場合にはダイス上流側で素管が座屈するなどして、破断に至る可能性がある。
【００３１】
本発明（請求項４）に係る管の縮径方法は、管に引抜力を加えてダイスを通過させながら、前記ダイスの上流側にて前記管の外周面に転接するように設けられたロール又はキャタピラからなる回転体が回転駆動することにより前記管に前記引抜力に対して逆向きの張力を付与することにより前記管の外径を減少させる管の縮径方法において、管に引抜力に対して逆向きに付与される張力を測定する張力測定手段と、回転体を回転駆動するモータが、回転体に付与する回転駆動力を一定に制御する制御手段とを設け、前記回転体が、式：Ｔ≧Ｃ（Ｖｍ−Ｖｒ）かつＶｍ＞Ｖｒを満たす移動速度Ｖｒで回転駆動されて管の縮径を開始した後に、管に逆向きに付与される張力を前記張力測定手段で測定し、その測定結果に基づいて前記制御手段によりモータが回転体に付与する回転駆動力を一定に制御して回転体を回転駆動するものである。管の縮径方法において、張力測定機構や測定結果に基づいて前記モータが前記回転体に付与する回転駆動力を一定に制御する制御手段を有する場合にも、制御方法にもよるが、引抜開始時に張力を目標値に収束させるにはある一定の時間がかかる。そこで、本請求項４のように初期の回転体速度を決定することにより、特に、引抜き開始直後の急激な張力立ち上がりによる管破断を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る管の縮径方法によれば、精度よく且つ簡易に目標とする後方張力を得て、管の縮径に伴う管肉厚の増加を抑制して管の縮径を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る管の縮径方法に適用される装置の要部断面図である。この図１に示す装置は、図３に示す装置における転造ボール等による内面溝加工やダイス８による縮径を省略して要部のみを示す説明図である。図において、１は素管、２０はキャタピラ、２１はキャタピラ２０を駆動するためのモータである。
【００３４】
図１に示す装置構成をセットし、引抜き装置（図示せず）を用いて素管１をキャタピラ２０を通して引抜くことで張力制御効果を確認する実験を実施した。素管１として外径：７ｍｍ、肉厚：０．３ｍｍの管を用いた。
【００３５】
まず、装置構成における定数Ｃを決定するため、表１の実施例１に示すように、Ｖｍ（回転体下流におけるダイス上流側での管移動速度）とＶｒ（回転体の管表面と接する部位における移動速度）のときの後方張力を測定（８１Ｎ）した。この結果より、本実施例の上記装置構成における定数Ｃは８１Ｎ／（Ｖｍ−Ｖｒ）より１３５（Ｎ／（ｍ／分））と決定された。そしてこの後、このＣ＝１３５を用いて、表１の実施例２から５に示すように、目標後方張力Ｔと管移動速度（引抜速度）Ｖｍとから、それらに対するＶｒ（回転体の移動速度）を決定し、それらの条件の下で素管１をキャタピラ２０を通して引抜いた。この引抜きのときの後方張力を測定した。測定した後方張力を表１に併せて示す。
【００３６】
【表１】
2006218514.tif 000002
【００３７】
表１の実施例２〜５より明らかなように、目標後方張力Ｔに対し、±１０％の範囲内で後方張力を制御することできる。一方、比較例１は、実施例の速度差（Ｖｍ−Ｖｒ）に対して速度差（Ｖｒ／Ｖｍ）を採用した場合のものであって、実施例２の結果を基にＶｒ／Ｖｍの速度比を一定として、目標後方張力Ｔ＝５０Ｎ、Ｖｍ＝１０．０（ｍ／分）にすると、実施例５と同一の条件となり、このように速度比を用いた場合には、目標後方張力とは大きく乖離した結果となることが分かる。なお、実施例２〜５は、いずれも請求項３を満たす条件下で引抜を開始したものである。
【００３８】
而して、予め装置構成による定数Ｃを求め、その定数Ｃ、目標後方張力Ｔ及び管の引抜速度Ｖｍとから回転体の移動速度Ｖｒを求め、その回転体の移動速度Ｖｒに制御することにより、ダイスを用いた管の引抜きにおいて、簡易に所定の後方張力を付与することが可能となり、精度よく且つ簡易に目標とする後方張力を得て、管の縮径に伴う管肉厚の増加を抑制して管の縮径加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る管の縮径方法に適用される装置の要部断面図である。
【図２】従来のシームレス内面溝付伝熱管の製造装置の構成を示す断面図である。
【図３】従来の管の縮径装置を組み込んだシームレス内面溝付管の製造装置の断面図である。
【図４】図３の装置を使用した場合の、横軸に後方張力と引抜き力との比をとり、縦軸に縮径後の底肉厚の変化率をとって、後方張力が管の底肉厚に及ぼす影響を示すグラフ図である。
【符号の説明】
【００４０】
１：素管                ２０：キャタピラ      ２１：モータ
【図１】
2006218514.tif 000003
【図２】
2006218514.tif 000004
【図３】
2006218514.tif 000005
【図４】
2006218514.tif 000006